JPH06327192A - ステップモータ - Google Patents

ステップモータ

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JPH06327192A
JPH06327192A JP6066262A JP6626294A JPH06327192A JP H06327192 A JPH06327192 A JP H06327192A JP 6066262 A JP6066262 A JP 6066262A JP 6626294 A JP6626294 A JP 6626294A JP H06327192 A JPH06327192 A JP H06327192A
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JP
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gear
teeth
stator
rotor
pole pieces
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JP6066262A
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James E Marshall
エドワード マーシャル ジェームズ
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Ford Motor Co
Original Assignee
Ford Motor Co
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Publication date
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    • H02K1/14—Stator cores with salient poles
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    • H02K1/148—Sectional cores
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02K37/00—Motors with rotor rotating step by step and without interrupter or commutator driven by the rotor, e.g. stepping motors
    • H02K37/02—Motors with rotor rotating step by step and without interrupter or commutator driven by the rotor, e.g. stepping motors of variable reluctance type
    • H02K37/04—Motors with rotor rotating step by step and without interrupter or commutator driven by the rotor, e.g. stepping motors of variable reluctance type with rotors situated within the stators
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K41/00—Propulsion systems in which a rigid body is moved along a path due to dynamo-electric interaction between the body and a magnetic field travelling along the path
    • H02K41/06—Rolling motors, i.e. motors having the rotor axis parallel to the stator axis and following a circular path as the rotor rolls around the inside or outside of the stator ; Nutating motors, i.e. having the rotor axis parallel to the stator axis inclined with respect to the stator axis and performing a nutational movement as the rotor rolls on the stator

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 固定子の磁極片と固定子を形成する歯車歯の
セットの極状態を変更することによって動かされる回転
子との間にエアギャップを有しないステップモータを提
供する。 【構成】 ステップモータ（１０）は内歯を有するリン
グギヤ（１２）をその固定子として有し、前記固定子は
回転子（１６）のキャリヤ（２０）によって支持された
一つ以上の小歯車（１８）によって接触されている。リ
ングギヤ（１２）はそれに沿って小歯車（１８）を動か
すため別々に磁気的に極性を与えられる歯（１４）の複
数のセットから構成される。好ましくは、三つのトロイ
ダルコイル（２８、３０、３２）がリングギヤ（１２）
に沿って三つの反復するシリーズとして配列されている
歯（１４）の三つの異なるセットを付勢するように設け
られる。代替的に、リニアアクチュエータ（７４）が直
線出力を提供するように設けられ得る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はステップモータに係り、
例えば、特に軌道（orbital ）歯車ステップモータに係
る。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】ステ
ップモータ、即ち回転変換器、は軸またはその他の装置
の回転速度および回転位置を制御することが重要である
様々の異なる製品において使用される。
【０００３】先行技術によるステップモータ即ち選択的
に位置決め可能の回転変換器がグランドランドの米国特
許第４３５８６９４号に開示されている。グランドラン
ドの特許に開示されたステップモータは、少なくとも一
つの永久磁石と、リングに対して回転運動可能の回転子
とを有するリングギヤを開示している。奇数の磁極が回
転子に、それらの間に相対回転を生じさせるように磁力
を選択的に提供するため設けられている。磁石は固定さ
れた固定子の外面に対して回転される精密に機械加工さ
れた内摩耗面を有する。磁石と固定子との間の摩擦を減
らすためテフロンまたは油が使用され得るが、固定子と
回転子との間のエアギャップの存在に干渉するように意
図されていない。
【０００４】ステップモータの製造のためのその他の提
案は永久磁石または希土類材料の使用を含む。そのよう
な材料はステップモータの製造費用を増す。
【０００５】先行技術によるステップモータは寸法がか
なり大きく且つ出力が制限されている。
【０００６】磁気回路における反対極間のいかなるエア
ギャップも結果としてステップモータの保持トルクの減
少を生じる。反対極間の引力は磁気回路におけるエアギ
ャップの存在のために相当減じられる。
【０００７】先行技術において遭遇されるこれらおよび
その他の欠点は以下に要約される本発明によって対処さ
れる。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の一目的は、固定
子の磁極片と固定子を形成する歯車歯のセットの磁気的
分極状態を変更することによって動かされる回転子との
間にゼロエアギャップを有するステップモータを提供す
ることである。
【０００９】本発明の他の一目的はステップモータの保
持トルクを最大化するゼロエアギャップを有するステッ
プモータを提供することである。
【００１０】本発明の他の一目的はすぐれた性能を発揮
する低費用ステップモータを提供することである。
【００１１】上記目的は回転子が交替パターンを以て配
列された磁極片のセットを形成する複数の歯を有する固
定子歯車と直接接触するステップモータを設けることに
よって達成される。磁極片の各セットにおいて独立して
磁束を誘導する手段が設けられる。さらに固定子歯車の
相隣する歯の間における磁束漏れを最小化する手段が設
けられる。回転子は固定子歯車の歯と係合する歯車歯を
有する少なくとも一つの小歯車を有する。さらにステッ
プモータは固定子歯車の歯を形成する磁極片の分かれた
別々のセットに対する反対電磁荷（すなわち電流等によ
る磁界によって磁化される（磁気的に分極される）こと
による磁極に相当する磁荷）の供給を制御するための制
御手段を有する。前記制御手段は所望方向に磁極片に供
給される電磁荷の極性を順次に交替させ以て回転子を前
記方向に運動させる。
【００１２】本発明の他の一局面によれば、内歯の配列
を有する輪歯車即ちリングギヤは固定子を形成する。前
記固定子リングギヤは固定子リングギヤを形成するよう
に幾つかのセットに配列された複数の歯から構成され
る。前記固定子リングギヤの歯は交替パターンを以て配
列される。三つのコイルが前記リングギヤを形成する歯
の三つのセットと組合わされ、それにより、前記制御手
段は前記コイルのおのおのに独立して電磁荷を提供する
ことによって前記リングギヤを形成する歯の三つのセッ
トを順番に並べ得る。
【００１３】本発明の一好的実施例において、前記回転
子は三つの歯車を有し、これら歯車は同じセットの同じ
極性を有する対応する歯車歯と接触するため等間隔に離
された点において前記固定子リングギヤと接触する。三
つの小歯車は出力軸を回転させるキャリアに結合されて
いる。
【００１４】本発明によれば、自動車クルージング制御
システムのごときフィードバック制御システムおよび制
御弁のためのステップモータを提供することが可能であ
る。本発明のステップモータのもう一つの可能性のある
使用は、走行記録計、回転速度計および遠隔無線チュー
ナのごとき計測システムであってディジタル入力がアナ
ログ表示計器の形式で出力に直接に変換されるもののた
めのそれである。走行距離計としての本発明のステップ
モータの使用は、歯車駆動手段が変速機を走行記録計お
よび走行距離計と接続する必要を無くする利点を提供す
る。
【００１５】本発明によって作られたステップモータは
エアギャップを無くすることによって得られるトルクと
比較して相対的にその寸法が小さい。
【００１６】
【実施例】図１を参照すると、ステップモータ１０およ
びその固定子を形成するリングギヤ１２が図示されてい
る。リングギヤ１２は複数の歯１４を有し、これらの歯
１４は二つ以上、好ましくは三つ、のセットとして配列
されている。歯１４の各セットはいかなる時点において
も同一誘導磁界にさらされている。回転子１６はリング
ギヤ１２に相対して運動するように設けられている。回
転子１６は一つ以上の小歯車１８を有しそして好ましく
は図１に示されるように三つの小歯車１８を有する。小
歯車１８はキャリヤ２０によって保持されている。小歯
車１８およびキャリヤ２０は全体として（単一体とし
て）リングギヤ１２に対して回転する。小歯車１８およ
びキャリヤ２０が回転するにつれて、回転出力が軸２２
において生じる。ステップモータ１０は好ましくはハウ
ジング２４に囲まれている。
【００１７】次に図１、図２および図６を参照して、ス
テップモータ１０の構造をより詳細に説明する。第１の
コイル２８、第２のコイル３０および第３のコイル３２
はリングギヤ１２の軸方向側に隣接して設置されたトロ
イダルコイルすなわちトロイド状コイルである。第１、
第２および第３のコイル２８、３０、３２は、前記リン
グギヤ１２の歯の三つの別々のセットとおのおの別々に
組み合わされている。
【００１８】図３、図４および図５には、歯１４がより
詳細に図示されている。歯１４のおのおのはベース（基
部）３６を有し、ベース３６は隣接する歯１４のベース
３６に隣接して配置されるようにされている。各歯１４
は頂ランド３８、底ランド４０、第１の側面４２および
第２の側面４４を有する。図３には、電磁誘導のために
第１のコイル２８と接触するように構成された第１のピ
ン４６が図示されている。図４には第２のコイル３０と
接触するように構成された第２のピン４８が図示されて
いる。図５には電磁誘導のために第３のコイル３２と接
触するように構成された第３のピン５０が図示されてい
る。
【００１９】次に図６を参照すると、相隣する歯１４の
間にエアギャップ５２が形成されている。相隣する歯１
４間のエアギャップ５２は、歯の間の絶縁スペーサ５４
によって維持される。絶縁スペーサ５４はその両側にお
いて一つの歯１４の側壁５６と他の一つの歯１４の側壁
５８と接触されている。エアギャップ５２は相隣する歯
１４の間における磁束漏れを最小化するように機能す
る。また、図６においては第１、第２および第３のコイ
ル２８、３０および３２と第１、第２および第３のピン
４６、４８および５０との間の接続も示されている。
【００２０】次に図７および図８を参照すると、小歯車
１８が歯１４と接触する態様がさらに詳細に図示されて
いる。小歯車１８は在来の構成であり、頂ランド６０、
底ランド６２、第１の側面６６および第２の側面６４を
有する。図７では、小歯車１８はその第１の側面６６が
一つの歯１４の側面４２と接触し、一方、小歯車１８の
第２の側面６４が他の一つの歯１４の第２の側面４４と
接触している平衡位置において図示されている。図６お
よび図７において例示されるように、歯１４は（磁化さ
れ）極性を与えられており、第１のコイル２８のパター
ンは中性であり、第２のコイル３０はＳ極磁荷を有し
（歯をＳ極にするような磁気分極を有し）、第３のコイ
ル３２はＮ極磁荷を有する（歯をＮ極にするような磁気
分極を有する）。コイルの磁気的配向を変更することに
よって、小歯車１８は第１のコイル２８がＮ極配向を有
し、第２のコイル３０がＮ極配向を有しそして第３のコ
イル３２がＳ極配向を有する図８に示される位置へ半ス
テップ移転させられる。この場合に、小歯車１８はＳ極
配向を有する第３のコイルと組み合わされた歯の上に小
歯車１８が中心を位置される平衡を求めるであろう。小
歯車１８はＳ極配向を有する歯の上において平衡する。
【００２１】歯１４および回転子１６は好ましくは低磁
気抵抗、強磁性、非永久磁石性（磁気的に軟らかい）材
料から作られる。例えば、高ニッケル鋼合金またはアモ
ルファスシリコーン材料は固定子または回転子の歯の製
造に使用され得る。ステップモータが迅速に応答するよ
うに残留磁気を最小化することが重要である。既述のご
とく、本発明の利点の一つはステップモータにいかなる
永久磁石材料をも必要とせず、または希土類材料の使用
を必要としないことである。
【００２２】図１に示されたように、最も好ましい実施
例はキャリヤ２０に三つの小歯車１８を備えている。好
ましくは、歯１４の三つのセットがリングギヤ１２によ
って設けられ、そして一例において、３０個の歯が１０
個の歯の三つのセットとして設けられ得る。コイルの数
に一致する複数の歯を使用することによって、小歯車１
８は同じセットの対応する歯と同時に接触する。三つの
小歯車１８を使用することによって、安定した運動機構
がステップモータ１０に設けられる。
【００２３】図９では、一連の歯７６から構成されたリ
ニアアクチュエータ７４が設けられている。これら歯７
６は小歯車７８を運動させるため別々に極性を与えられ
る三つのセットの歯に区分されている。リニアアクチュ
エータ７４は他の点では前記ステップモータ１０と概ね
同じ態様で作動するが、厳密には回転出力に代えて直線
出力を生じさせる。
【００２４】図１０には、ステップモータ１０またはリ
ニアアクチュエータ７４において使用するための歯８０
の一代替実施例であって別々のコイル８２が歯８０のお
のおののために設けられたものが示されている。このよ
うにして、一連の歯８０が設けられそして電磁力給源に
接続され、それによってコイル８２のセットが同時に付
勢されることを可能にする。
【００２５】図１１では、キャリヤ上に三つの小歯車を
有する本発明の三コイル実施例が作動されるチャートが
示されている。一実施例において、３０個の歯を有する
歯車固定子は図１１に示されるごとき１２個の適正に順
に並べられた状態を使用することによって、６度毎のス
テップで増加された、６０個のステップ位置を有し得
る。図１１に示されるように、第１、第２および第３の
コイルは三つの状態、即ち北（“Ｎ”によって表示され
る）、南（“Ｓ”によって表示される）または中性（ダ
ッシュ“−”によって表示される）、の一つになってい
る。全コイルが励磁されるとき、回転子は歯の一つの上
に中心を配置された位置を取る。二つのコイルが励磁さ
れるとき、回転子はその歯がＮ極とＳ極との間に配置さ
れる位置を取る。これは前の状態から二分の一歯ピッチ
ズレた平衡状態を与える。
【００２６】有効な回転出力を与えるため、回転子は好
ましくは所望出力角毎ステップのために選ばれた比を有
する遊星歯車セットである。例えば、３０個の歯を有す
るリングギヤは４．７６２ｃｍ（１．８７５インチ）の
ピッチ直径を有するであろう。回転子は０．１９０ｃｍ
（０．０７５インチ）のピッチ直径を有する１２個の歯
を有する小歯車である。これは１６のピッチを与えるで
あろう。２０個の歯を有する出力駆動太陽歯車が１４個
の歯即ち１．１１１ｃｍ（０．４３７５インチ）のピッ
チ直径を有する小歯車と共に設けられ得る。２０個の歯
および１．５８７ｃｍ（０．６２５インチ）のピッチ直
径を有する太陽歯車によって、３２ピッチの出力が与え
られる。
【００２７】本発明によれば、エアギャップが最小化さ
れている磁気回路を有するステップモータが極度の製造
精密性を要求されることなしに提供される。
【００２８】他の代替実施例に加えて本発明を実施する
ための最良の様式についての上記の説明は例示のために
提供された。上記の説明は前掲請求項によって限定され
る本発明の広い範囲を制限するものとして読解されては
ならない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従って作られたステップモータの部分
的に破断された平面図。
【図２】図１の線２−２に沿って截断された横断面図。
【図３】本発明による固定子歯車の磁極片および部分を
形成する歯の斜視図。
【図４】本発明による固定子歯車の磁極片および部分を
形成する歯の斜視図。
【図５】本発明による固定子歯車の磁極片および部分を
形成する歯の斜視図。
【図６】図１の線６−６に沿って截断された横断面図。
【図７】本発明による固定子歯車および小歯車を示す部
分平面図。
【図８】本発明に従って作られた固定子リングおよび小
歯車の一部分を示す部分平面図。
【図９】本発明に従って作られたリニアアクチュエータ
ラックと小歯車との一組の部分側面図。
【図１０】本発明の異なる実施例によって作られたモー
タのための固定子歯車歯を示す斜視図。
【図１１】独立して極性を与えられた三つのセットまた
は磁極を有するリングギヤ固定子のための可能状態を示
すチャート。
【符号の説明】
１０ ステップモータ １２ リングギヤ １４ 歯 １６ 回転子 １８ 小歯車 ２０ キャリヤ ２２ 軸 ２４ ハウジング ２８ コイル ３０ コイル ３２ コイル ３６ ベース ３８ 頂ランド ４０ 底ランド ４２ 側面 ４４ 側面 ４６ ピン ５２ エアギャップ ５４ 絶縁スペーサ

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 交替パターンを以て配列された磁極片の
    セットを形成する複数の低磁気抵抗、強磁性、非永久磁
    石性の歯を有する固定子歯車と；前記磁極片のセットの
    おのおのに独立して磁束を誘導する手段と；相隣する歯
    の間における磁束漏れを最小化する手段と；前記固定子
    歯車の歯と係合する歯車歯を備えた少なくとも一つの小
    歯車を有する回転子と；前記固定子歯車の歯を形成する
    前記磁極片のセットに供給される反対電磁荷を制御する
    手段であって、所望の方向に前記磁極片のセットに供給
    される電磁荷の極性を順次に交替させ以て前記回転子を
    前記方向に運動させ且つ前記磁極片のセットに供給され
    る電磁荷の極性を固定することによって前記回転子を適
    所に保持し得るものとを有するステップモータ。
  2. 【請求項２】 請求項１のステップモータにおいて、前
    記固定子歯車が該固定子歯車を形成するように内側に取
    付けられた歯車歯の複数のセットから形成されたリング
    ギヤであり、前記歯車歯のセットが交替パターンを以て
    配列されているステップモータ。
  3. 【請求項３】 請求項２のステップモータにおいて、磁
    束を誘導する前記手段が三つのトロイダルコイルから成
    り、前記コイルのおのおのが前記歯車歯のセットの一つ
    に接続されているステップモータ。
  4. 【請求項４】 請求項２のステップモータにおいて、相
    隣する歯の間における磁束漏れを最小化する前記手段が
    複数の半径方向に延びている絶縁スペーサから成るステ
    ップモータ。
  5. 【請求項５】 請求項１のステップモータにおいて、前
    記固定子リングギヤの隣接する磁極片と前記回転子小歯
    車の前記歯との間に、前記小歯車が前記隣接する磁極片
    と係合するとき、エアギャップが存在しないステップモ
    ータ。
  6. 【請求項６】 請求項１のステップモータにおいて、前
    記固定子歯車がラック歯車であり、前記回転子が小歯車
    であるステップモータ。
  7. 【請求項７】 請求項１のステップモータにおいて、磁
    束を誘導する前記手段が固定子歯車の前記歯の一つに接
    続された複数のコイルであり、前記コイルが反対電磁荷
    を制御する前記手段に電気的に接続されているステップ
    モータ。
  8. 【請求項８】 請求項１のステップモータにおいて、三
    つの小歯車がキャリアによって支持され、三つの離れた
    点において前記固定子と係合し且つ磁極片の対応セット
    と同時に係合しているステップモータ。
  9. 【請求項９】 請求項１のステップモータにおいて、反
    対電磁荷を制御する前記手段が磁極片のセットにＮ極、
    Ｓ極および中性磁荷を順次に供給するようにプログラム
    されたマイクロプロセッサを有するステップモータ。
JP6066262A 1993-04-05 1994-04-04 ステップモータ Pending JPH06327192A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US08/043,048 US5289065A (en) 1993-04-05 1993-04-05 Zero air gap orbiting gear stepper motor
US043048 1993-04-05

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH06327192A true JPH06327192A (ja) 1994-11-25

Family

ID=21925181

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP6066262A Pending JPH06327192A (ja) 1993-04-05 1994-04-04 ステップモータ

Country Status (4)

Country Link
US (1) US5289065A (ja)
EP (1) EP0619641B1 (ja)
JP (1) JPH06327192A (ja)
DE (1) DE69407081T2 (ja)

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